[发明专利]一种差分输入输出式MEMS谐振器及其加工方法

说明书

本发明公开了一种差分输入输出式MEMS谐振器及其加工方法，包括：SOI支撑台、外接差分输入电极盘、外接差分输出电极盘、外接地电极盘、一维声子晶体支撑梁和谐振体；所述谐振体通过一维声子晶体支撑梁与SOI支撑台固定连接，形成悬浮结构；所述SOI支撑台的一端表面与外接差分输入电极盘固定连接，其另一端表面与外接差分输出电极盘固定连接；所述谐振体分别与外接差分输入电极盘和外接差分输出电极盘电连接；所述外接地电极盘固定在SOI支撑台上，并分别位于外接差分输入电极盘和外接差分输出电极盘的两侧；本发明通过降低谐振器的锚点损耗，提高器件的品质因数，解决现有技术存在的锚点损耗较大、品质因数难以提高的问题。

技术领域

本发明涉及射频微机电系统技术领域，具体涉及一种差分输入输出式MEMS谐振器及其加工方法。

背景技术

MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)谐振器是指基于MEMS技术设计和制造的一种声学谐振器，相较于传统的电学谐振器，由于声波在介质中的传播速度(如，在硅中约为8400m/s)远小于电磁波的波速(约为3×108m/s)，且电路的尺寸是与信号的波长相匹配的，所以声学谐振器的尺寸可以大幅减小，并且具有低功耗和高集成度的优点。因此，随着电子设备小型化的发展趋势，MEMS谐振器在传感和无线通信系统领域中有着广阔的应用前景。然而，采用压电换能方式的MEMS谐振器的品质因数通常比较低，从而严重限制了其在多个领域中的实际应用，比如：低相位噪声振荡器、高灵敏度传感器和窄带滤波器。因此，为了推进压电MEMS谐振器在众多领域中的实际应用，需要研究提升其品质因数的方法。

在各种类型的压电MEMS谐振器中，硅上压电薄膜(thin-film piezoelectric-on-silicon,TPoS)结构的MEMS谐振器机电耦合系数相对较高，且可以实现单片多频输出。TPoS谐振器在应用中存在的主要问题是品质因数较低，而谐振器的品质因数基本定义为：每个机电转换周期中，存储在谐振体中的能量与耗散掉的能量的比值。因此，可以通过减小谐振器的能量损耗来提升其品质因数。目前，通过对TPoS谐振器的能量损耗机理进行研究，发现锚点损耗是谐振器各种能量损耗中所占比重较大的，通过抑制锚点损耗，可以有效的提升谐振器的品质因数。锚点损耗的产生是由于谐振器在工作时会发生机械形变，从而产生向外传播的声波，如果声波通过支撑梁传播到基底，则这部分声波所携带的能量无法通过机电转换被利用，从而形成能量损耗。现有谐振器在进行机械振动时，会有很多的声波能量在锚点处通过支撑梁耗散到支撑台上去，使得现有谐振器的锚点损耗较大，从而严重限制了现有谐振器品质因数的提高。尤其是对于差分输入输出方式的MEMS谐振器，由于输入输出方式的限制，其结构中至少需要四根支撑梁，支撑梁的增加将会大幅提升锚点损耗，因为声波泄露的途径变多了。所以，针对差分输入输出式的MEMS谐振器，必须采取有效的策略来解决由于支撑梁数量的增加而引起的锚点损耗较大，品质因数较低的问题。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种差分输入输出式MEMS谐振器及其加工方法，通过降低谐振器的锚点损耗，提高器件的品质因数，解决现有技术存在的锚点损耗较大、品质因数难以提高的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种差分输入输出式MEMS谐振器，包括：SOI支撑台、外接差分输入电极盘、外接差分输出电极盘、外接地电极盘、一维声子晶体支撑梁和谐振体；

所述谐振体通过一维声子晶体支撑梁与SOI支撑台固定连接，形成悬浮结构；

所述SOI支撑台的一端表面与外接差分输入电极盘固定连接，其另一端表面与外接差分输出电极盘固定连接；

所述谐振体分别与外接差分输入电极盘和外接差分输出电极盘电连接；

所述外接地电极盘固定在SOI支撑台上，并分别位于外接差分输入电极盘和外接差分输出电极盘的两侧。

进一步地，所述SOI支撑台从底至上包括：背衬底硅、二氧化硅绝缘中间层和顶层掺杂硅；